叶轮机械原理-第六章

1、1 叶轮机械原理 第六章第六章 离心压气机离心压气机 2 叶轮机械原理 6.1 离心压气机的工作过程及性能参数离心压气机的工作过程及性能参数 6.2 离心压气机的叶轮理论离心压气机的叶轮理论 6.3 离心式叶轮机的固定元件离心式叶轮机的固定元件 6.4 离心压气机的叶轮损失离心压气机的叶轮损失 6.5 离心压气机的性能曲线离心压气机的性能曲线 6.5 相似理论的应用比转速相似理论的应用比转速 6.6 水泵的气蚀水泵的气蚀 3 离心压气机的工作过程 什么是离心压气机？什么是离心压气机？ 4 离心压气机的工作过程 叶轮机的分类叶轮机的分类 泵泵(Pump)(Pump)、通风机、通风机( (Vent

2、ilator ) )、鼓风机、鼓风机 ( (Blower) )、压缩机、压缩机/ /压气机压气机(Compressor)(Compressor) 各类泵和风机的使用范围3 5 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用离心式水泵离心式叶轮机的应用离心式水泵 6 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用离心式风机离心式叶轮机的应用离心式风机 7 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用涡轮增压器离心式叶轮机的应用涡轮增压器 8 离心压气机的工作过程 涡轮增压器涡轮增压器 B-17 发动机增压器结构图 车用废气涡轮增压器 9 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用航空发动机离心式叶轮机的应用航空发

3、动机 10 离心压气机的工作过程 离心压气机的基本结构离心压气机的基本结构(民用民用) 典型的单级离心压气机典型的单级离心压气机 主要由进气道主要由进气道(Inlet)、 叶轮叶轮(Impeller)、扩压、扩压 器器(Diffuser)、出气蜗、出气蜗 壳壳(Volute)等组成等组成 11 离心压气机的工作过程 离心压气机的基本结构离心压气机的基本结构(军用军用) 径向扩压器和轴向扩压器，无蜗壳径向扩压器和轴向扩压器，无蜗壳 12 DA12061离心式压缩机纵剖面构造图 、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封； 9、隔板密封； 10、轮

4、盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管； 22、出气管 13 离心压气机的工作过程 离心压气机级的工作过程离心压气机级的工作过程 14 离心压气机的工作过程 离心压气机速度三角形离心压气机速度三角形 15 离心压气机的工作过程 离心压气机中的能量方程离心压气机中的能量方程(相对坐标系相对坐标系) 离心压气机中的欧拉方程离心压气机中的欧拉方程 2222 2 2121 1 22 f R UUWWdp L 222 2 1 2 2 2 2 2 1

5、2 1 2 2 VVWWUU Lu 16 离心压气机的性能参数 离心压气机的主要性能参数离心压气机的主要性能参数 压比：压比： 效率：效率： * * 5 * 0 c p p 1 1 1 1 T Tc k k c c 17 离心压气机的性能参数 扬程扬程(泵泵)： 在水泵中的能头一般用扬程在水泵中的能头一般用扬程H H来表示。所谓扬程，来表示。所谓扬程， 是每公斤液体通过泵后所获得的能量增加值。是每公斤液体通过泵后所获得的能量增加值。 风机的能头：风机的能头： 22 21 21 () 22 VV PppPa (m) 2 12 2 1 2 2 g pp g VV H 18 离心压气机的性能参数 流

6、量：流量： 质量流量质量流量 体积流量体积流量 VAG /GQ 19 离心压气机的性能参数 功率：功率： （1）压气机）压气机 （2）水泵）水泵 （3）风机）风机 u NGL NQ gH NQP 20 离心式叶轮主要几何参数 离心叶轮主要几何参数离心叶轮主要几何参数 叶轮外径；叶轮外径； 叶轮叶片进口直径；叶轮叶片进口直径； 叶轮进口直径；叶轮进口直径； 叶轮进口轮壳直叶轮进口轮壳直 径；径； 叶轮叶片出口宽度；叶轮叶片出口宽度； 叶片进口宽度，指叶片轮盖侧面边缘叶片进口宽度，指叶片轮盖侧面边缘AB延长到延长到C点点(叶片进叶片进 口中心点的直径口中心点的直径 处处)所量得的宽度；所量得的宽度

7、； 叶片厚度；叶片厚度； 叶片数；叶片数； 叶片进口构造叶片进口构造 角；角； 叶片出口构造角；叶片出口构造角； 叶轮的轮盖斜度叶轮的轮盖斜度； 叶片进口斜角，一般为叶片进口斜角，一般为40-80； r轮盖进口固角半径。轮盖进口固角半径。 2 D 1 D 0 D d 2 b 1 b 1 D N 1k 2k 叶轮理论 21 离心压气机的叶轮理论 叶轮流道中流体流动示意 轴向旋涡说明实验 无限叶轮流动理论与有限叶轮流动理论无限叶轮流动理论与有限叶轮流动理论 22 离心压气机的叶轮理论 有限叶片叶轮出口速度三角形变化有限叶片叶轮出口速度三角形变化 22uu VUL 无限叶片能头无限叶片能头 有限叶片

8、能头有限叶片能头 22uu VUL 滑移系数滑移系数 2 2 uu uu LV LV 有限叶片叶轮出口速度三角形的变化 23 离心压气机的叶轮理论 a、后弯叶片式叶轮 b、径向叶片式叶轮 c、前弯叶片式叶轮 叶轮叶片的三种形式及出口速度三角形 叶轮叶片的三种形式叶轮叶片的三种形式 24 离心压气机的叶轮理论 a、后弯叶片式 b、前弯叶片式 前、后弯叶片式叶轮的流道比较 25 离心压气机的叶轮理论 a、后弯叶片式 b、前弯叶片式 前、后弯叶片叶轮流道内部速度分布比较 26 离心压气机的叶轮理论 径向直叶片式叶轮 目前在离心式鼓风机和压缩机中，得到广泛采用的是目前在离心式鼓风机和压缩机中，得到广泛

9、采用的是 径向直叶片式叶轮以及后弯型叶轮。径向直叶片式叶轮以及后弯型叶轮。 27 离心压气机的叶轮理论 半开式叶轮半开式叶轮中的泄漏流 闭式、闭式、半开式叶轮半开式叶轮，双面进气叶轮，双面进气叶轮 28 离心压气机的叶轮理论 双面进气叶轮 29 离心压气机的叶轮理论 长短叶片结构 30 离心压气机的叶轮理论 1、带无叶扩压器的级 2、带叶片扩压器的级 叶片相对宽度对级效率的影响 叶轮几何对性能的影响叶轮几何对性能的影响 叶轮通道宽度的影响叶轮通道宽度的影响 31 离心压气机的叶轮理论 小流量叶轮叶片宽度影响 不同相对宽度的叶轮损失特性 32 离心压气机的叶轮理论 不同进口直径的速度三角形变化

10、轮径比的影响轮径比的影响 20 / DD 21 / DD 33 离心压气机的叶轮理论 叶片数的影响叶片数的影响 叶片数与轮径比、安装角的关系 34 叶轮机械原理 作业：作业： 新书新书Page 181 9、10、11 35 离心式叶轮机的固定元件 各种型式的吸气室 吸气室吸气室 36 离心式叶轮机的固定元件 无叶扩压器 无叶扩压器无叶扩压器 37 离心式叶轮机的固定元件 叶片扩压器 叶片扩压器叶片扩压器 38 离心式叶轮机的固定元件 直壁形扩压器 直壁形扩压器直壁形扩压器 39 离心式叶轮机的固定元件 弯道与回流器 弯道和回流器弯道和回流器 40 离心式叶轮机的固定元件 a、等截面排气管 b、

11、蜗壳 排气管排气管 41 离心式叶轮机的固定元件 a、蜗壳前为扩压器； b、蜗壳前为叶轮； c、不对称内蜗壳 蜗壳的结构形式蜗壳的结构形式 42 离心叶轮损失流动损失 摩擦损失摩擦损失 分离损失分离损失 非工作面(吸力面)的分离叶轮子午面上的流动 43 离心叶轮损失流动损失 二次流损失二次流损失 尾迹损失尾迹损失 攻角损失攻角损失 闭式叶轮顶部的二次涡流半开式叶轮顶部的二次涡流 44 离心叶轮损失轮盘摩擦 轮阻损失（摩擦损失）轮阻损失（摩擦损失） 叶轮轮盘鼓风摩擦损失 45 离心叶轮损失轮盘摩擦 泄漏损失泄漏损失 回流损失回流损失 气体在密封中的流动 46 离心压气机的性能曲线 15.288

12、101325 * 0 * 0 T p GGcor * 0 15.288 T nncor 47 离心压气机的性能曲线 与轴流压气机的比较与轴流压气机的比较 1. 稳定工作范围较宽，特性线相对较稳定工作范围较宽，特性线相对较 为平坦。为平坦。 2. 特性线失速点的突然压降相对缓和特性线失速点的突然压降相对缓和 一些。一些。 48 压气机的相似准则 几何相似几何相似 雷诺数相等雷诺数相等(进入自模区可忽略进入自模区可忽略) 马赫数相等马赫数相等 气体绝热指数气体绝热指数k相等相等(化工工业化工工业) 贝克列准则相等贝克列准则相等(传热、忽略传热、忽略) 49 压气机的相似参数 几何关系：几何关系：

13、相似转速：相似转速： 相似流量：相似流量： 压比压比 效率：效率： 压头系数：压头系数： l Db K Db 1 1 l T nKn T 1 11 2 1 1 l T QQ KT 11 2 11l pT GG p KT * adadLL adadLL * cc * ss * * 22 22 adad adad LL LL UU 或 50 相似理论的应用比转速 为什么要引入比转速？为什么要引入比转速？ 为了将具有共同基本性能的压缩机归纳为了将具有共同基本性能的压缩机归纳 为单独的组，并且找出综合相似特征参数，为单独的组，并且找出综合相似特征参数， 可以定义比转速可以定义比转速n ns s这个特征

14、数。也称高速这个特征数。也称高速 性系数。比转速在泵与风机、水轮机等压性系数。比转速在泵与风机、水轮机等压 缩机的理论和设计中具有十分重要的意义。缩机的理论和设计中具有十分重要的意义。 它决定了泵与风机的分类和形式，甚至可它决定了泵与风机的分类和形式，甚至可 以利用它进行相似性设计。以利用它进行相似性设计。 51 相似理论的应用比转速 根据相似准则。当几何相似，则：根据相似准则。当几何相似，则： 速度三角形相似，则流量之间的关系为：速度三角形相似，则流量之间的关系为： (1) l D K D 3 l Q n K Q n 52 相似理论的应用比转速 由压头系数的定义式和压头相似参数的由压头系数的

15、定义式和压头相似参数的 关系，有关系，有 ： (2) 代入代入(1)式并消去式并消去 ，可得：，可得： (3) 2 2 * 2 2 * 2 ad l ad LUn K LUn l K 31 * 42 * ad ad LQ nn QL 53 相似理论的应用比转速 当当 和和 时时(3)式可简化为：式可简化为： (4) 3 1/Qms *22 1/ ad Lms 3 *4 s ad Q nnn L 54 相似理论的应用比转速 压缩机效率与比转速倒数的关系压缩机效率与比转速倒数的关系 55 相似理论的应用比转速 泵的比转速泵的比转速 用扬程代替用扬程代替(4)(4)中的等熵功，并取中的等熵功，并取

16、和和 ，则得到泵的运动比转速：，则得到泵的运动比转速： 如果取如果取 和和 进行类似的推进行类似的推 导，可以得到泵的动力比转速：导，可以得到泵的动力比转速： 3 1/Qm s 1Hm 3 4 sQ Q nn H 1Hm 1NKW 54sp N nn H 56 相似理论的应用比转速 水泵：水泵： 风机：风机： 3 4 3.13 sp n Q n H 3 4 y n Q n P 57 相似理论的应用比转速 比转速在泵与风机中的应用比转速在泵与风机中的应用 1. 用比转速进行泵与风机的分类用比转速进行泵与风机的分类 2. 用比转速确定泵与风机的型式用比转速确定泵与风机的型式 3. 用比转速进行泵与

17、风机的相似性设计用比转速进行泵与风机的相似性设计 58 相似理论的应用比转速 59 水泵的气蚀 水泵的气蚀现象及其对泵工作的影响水泵的气蚀现象及其对泵工作的影响 60 水泵的气蚀 气蚀现象的机理浅析气蚀现象的机理浅析 61 水泵的气蚀 如何避免或减小气蚀的影响如何避免或减小气蚀的影响 (1). (1). 水泵的叶轮设计合理，尽可能提高表面质量；水泵的叶轮设计合理，尽可能提高表面质量； (2). (2). 水泵的安装高度不能过大；水泵的安装高度不能过大； (3). (3). 水泵不能在超过额定转速和额定流量的情况下水泵不能在超过额定转速和额定流量的情况下 工作；工作； (4). (4). 所抽送

18、水的温度不能过高；所抽送水的温度不能过高； (5). (5). 尽可能避免产生涡流。尽可能避免产生涡流。 62 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用涡轮增压器离心式叶轮机的应用涡轮增压器 63 离心压气机的工作过程 涡轮增压器涡轮增压器 B-17 发动机增压器结构图 车用废气涡轮增压器 64 离心压气机的工作过程 离心式叶轮机的应用航空发动机离心式叶轮机的应用航空发动机 65 离心压气机的叶轮理论 有限叶片叶轮出口速度三角形变化有限叶片叶轮出口速度三角形变化 22uu VUL 无限叶片能头无限叶片能头 有限叶片能头有限叶片能头 22uu VUL 滑移系数滑移系数 2 2 uu uu LV LV 有限叶片叶轮出口速度三角形的变化 66 离心压气机的叶轮理